CN105593464A - 具备由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件的钻井用堵塞器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在其外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其中,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件由具有如下降解性的橡胶材料形成的钻井用堵塞器:在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的该压缩应力的降低率为5%以上,以及/或者,在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。本发明还提供使用所述钻井用堵塞器,进行钻井孔的封堵处理后,该堵塞器的部分或全部被降解的钻井方法。

Description

具备由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件的钻井用堵塞器
技术领域
本发明涉及一种为开发石油或天然气等油气资源而进行的钻井作业中使用的钻井用堵塞器以及钻井方法。
背景技术
石油或天然气等油气资源是通过具有多孔性及渗透性的地下层的井,来进行挖掘和生产。上述井为油井或者气井。有时统称为“坑井”。伴随着能源消耗的增大,坑井也不断高深度化,目前世界上已经有深度超过9000m的挖掘纪录,在日本也有超过6000m的高深度坑井。在继续被开采的坑井中,有的地下层随着时间经过而浸透性下降,甚至浸透性原本就并不充分,为了从这些地下层中继续有效地开采油气资源,会对生产层进行刺激(stimulate),作为刺激方法,已知有酸处理和破碎方法,参照专利文献1。酸处理是将盐酸或氢氟酸等强酸的混合物注入生产层中,通过使基岩的反应成分,即碳酸盐、粘土矿物、硅酸盐等溶解,来增加生产层的浸透性的方法,但已被指出了因使用强酸而产生的各种问题,而且包括各种对策在内还被提出了成本增大的问题。于是,利用流体压力在生产层形成龟裂即裂缝(fracture)的方法,也称为“压裂法”或“水压破碎法”受到了关注。
水压破碎法是利用水压等流体压力,以下有时会简称为“水压”,在生产层产生龟裂的方法,这种生产层的刺激方法,一般为先挖掘垂直孔,接着将垂直孔折弯,在地下数千米的地层内挖掘水平孔,然后利用高压将压裂液送入这些钻井孔内,这些钻井孔是指用来形成坑井而设置的孔,有时也会称为“钻井”,并利用水压在高深度地下的生产层,即产出石油或天然气等油气资源的层中产生龟裂即裂缝,并通过该裂缝采集油气资源。水压破碎法的有效性在所谓页岩油即在页岩中成熟的油、页岩气等非常规资源的开发中也已受到了关注。
在水压消失时,通过水压等流体压力形成的龟裂即裂缝会因地层压力立即闭塞。为了防止龟裂即裂缝的闭塞,会在压裂液即用于裂缝的钻井处理液中含有支撑剂(proppant),并将其送入钻井孔内,在龟裂即裂缝处配置支撑剂。作为压裂液中含有的支撑剂,可使用无机或有机材料,但考虑到尽可能的在长时间、高温高压的高深度地下的环境内能够防止裂缝闭塞的观点,以往使用了二氧化硅、氧化铝等无机物粒子,通常广泛地使用了砂粒、例如20/40目的砂粒等。
作为压裂液等钻井处理液,可使用各种类型的水基、油基以及乳浊液。由于要求钻井处理液具有可将支撑剂搬运至在钻井孔内产生裂缝的位置的功能,所以通常在要求其具有规定的粘度并且支撑剂的分散性良好的同时,还要求其后处理容易、环境负荷小等。此外,为了在支撑剂之间形成页岩油、页岩气等可通过的流道,在压裂液中有时还会含有沟道剂(channelant)。因此,钻井处理液中,除了支撑剂以外,还会使用沟道剂(channelant)、胶凝剂、阻垢剂、用于溶解岩石等的酸、以及摩擦改良剂等各种添加剂。
为了使用压裂液,利用水压在高深度地下的生产层,即产出页岩油等石油或页岩气等天然气等的油气资源的层中产生龟裂即裂缝,通常采用以下方法。也就是说,对于在地下数千米的地层内挖掘出的钻井孔即钻井,从钻井孔的前端部开始依序进行封堵,并且将规定区域部分闭塞,利用高压将压裂液送入该闭塞区域内,实施在生产层产生龟裂的压裂。接着,闭塞下一个规定区域,通常为先行区域的前一个区域,即地上侧的区域实施压裂。以下,重复实施该工序,直至完成必要的封堵和压裂。
不仅是新的钻井,有时对于已经形成的钻井孔的所期望的区域,也有时再次通过压裂来对生产层实施刺激。此时,也同样地反复实施钻井孔的闭塞和压裂等操作。此外,为了实施坑井的完井,也有时闭塞钻井孔,隔断来自下部的流体,在实施该上部的完井后,再解除闭塞。
作为实施钻井孔的闭塞和压裂等的方法,已知有各种方法,例如在专利文献2和专利文献3中公开了一种可实施钻井孔的闭塞和固定的堵塞器,有时也称为“压裂塞”、“桥塞”或“封隔器”等。
专利文献2中公开了一种钻井用钻井堵塞器,以下有时简称为“钻井用堵塞器”或者“堵塞器”,具体而言,这种堵塞器具备在轴向上具有中空部的芯轴即主体,并且在与芯轴的轴向垂直的外周面上,沿轴向具有环或环状构件(annularmember)、第1圆锥状构件(conicalmember)及卡瓦(slip)、由弹性体或橡胶等形成的可锻性元件(malleableelement)、第2圆锥状构件及卡瓦、以及抗旋转机构(anti-rotationfeature)。利用该钻井用堵塞器对钻井孔实施的闭塞如下所述。也就是说,随着通过芯轴的轴向上移动,而环或者环状构件与防旋转装置之间的间隙缩小,从而卡瓦同圆锥状构件的倾斜面抵接,且沿着圆锥状构件前进,从而以放射状扩径而移动,接着,卡瓦的前端与钻井孔的内壁相抵接,从而被固定在钻井孔内,以及可锻性元件伴随着芯轴的轴向距离缩小而扩径变形,并与钻井孔的内壁相抵接,从而闭塞钻井孔。根据记载,作为形成堵塞器的材料,可广泛列举铝、钢、不锈钢等金属材料、纤维、木、复合材料以及塑料等,优选为含有碳纤维等强化材料的复合材料、特别是环氧树脂及酚醛树脂等聚合物复合材料,芯轴由铝或复合材料形成。
钻井用堵塞器直至坑井完成为止,被依次配置在钻井孔内,而在开始生产页岩油等石油或者页岩气等天然气的阶段,以下有时候会统称为开始生产“石油和天然气”的阶段,需要消除作为钻井用堵塞器构件的卡瓦和可扩径的环状橡胶构件所形成的钻井孔的闭塞,并去除该堵塞器。堵塞器通常未设计成在使用后可解除闭塞并回收,因此会通过破碎、穿孔等方法使其破碎或实现小片化来进行去除,但破碎和穿孔等必须花费大量经费和时间。此外,也有特殊设计的、在使用后可收回的堵塞器(retrievableplug),不过由于堵塞器设置在高深度地下,因此要将其全部回收,要耗费大量经费和时间。
专利文献3中,公开了一种一次性钻井工具即钻井堵塞器等,或其构件,其使用了会在曝露于坑井内的环境时进行降解的生物降解性材料,并且作为生物降解性材料,公开了聚乳酸等脂肪族聚酯等降解性聚合物。并且,在专利文献3中记载了在轴向上具有流通孔(flowbore)的圆筒状主体部件(tubularbodyelement)、在与该圆筒状主体部件的轴向垂直的外周面上沿轴向由上部密封元件、中心密封元件以及下部密封元件构成的封隔器元件集合体(packerelementassembly)、以及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanicalslipbody)的组合。此外,还公开了在圆筒状主体构件的流通孔中,通过设置球,从而只允许流体朝向一个方向流动的技术。但是,在专利文献3中并未记载钻井工具或其构件中的任意一者有无使用含有生物降解性材料的材料。
由于对能源资源的确保以及环境保护等的要求在提高,特别是在非常规资源的采掘扩大的情况下,高深度化等采掘条件变得越来越严峻。作为钻井用堵塞器,要求一种能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井用堵塞器。因此,对于具有最合适的机械性特性等的材料的选定和组成的最优化、形成该堵塞器构件的厚度等的形状的最优化、构件的组合等,在钻井用堵塞器这样一种功能材料的制约之内,进行了各种试错,但是,还尚未找到能够充分满足要求的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特表2003-533619号公报(与国际专利国际公开第01/088333号相对应)
专利文献2:美国专利申请公开第2011/0277989号说明书
专利文献3:美国专利申请公开第2005/0205266号说明书
发明内容
发明要解决的问题
本发明的课题在于,提供一种在高深度化等开采条件日益严格的背景下,能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井用堵塞器。并且,本发明的课题还在于,提供一种使用该钻井用堵塞器的钻井方法。
技术方案
本发明者们为解决所述课题,深入研究后发现,针对在与芯轴的轴向垂直的外周面上,设置有至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦的钻井用堵塞器,通过使芯轴和至少1个可扩径的环状橡胶构件,由特有的材料来形成,能够解决所述课题,并完成了本发明。
即,根据本发明的一个侧面,(1)提供一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上,作为发明的具体方式,(2)提供所述(1)所述的钻井用堵塞器,其中,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。
根据本发明的另一个侧面,(3)提供一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。
此外,根据本发明,作为发明的具体方式,提供以下(4)~(22)所述的钻井用堵塞器。
(4)根据所述(1)至(3)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度66℃时的拉伸断裂应变为50%以上,70%应变压缩应力为10MPa以上,且压缩断裂应变为50%以上。
(5)根据所述(4)所述的钻井用堵塞器,其中,至少1个可扩径的环状橡胶构件,其硬度在A60~D80的范围内。
(6)根据所述(1)至(5)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,至少1个可扩径的环状橡胶构件,在干燥环境下稳定,在温度23℃的水中浸渍6小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍1小时后的50%应变压缩应力的降低率为少于5%。
(7)根据所述(1)至(6)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,至少1个可扩径的环状橡胶构件,在温度66℃中,相对于压缩应变5%的压缩应力的,压缩应变70%的压缩应力的比例为5倍以上。
(8)根据所述(1)至(7)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,芯轴由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。
(9)根据所述(1)至(8)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,芯轴在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少少于5mm,在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少10mm以上。
(10)根据所述(1)至(9)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,芯轴在温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。
(11)根据所述(1)至(10)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,芯轴由含有降解性材料的复合材料形成。
(12)根据所述(1)至(11)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,具有降解性的橡胶材料,含有选自由聚氨酯橡胶、天然橡胶、异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、脂肪族聚酯橡胶、氯丁橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一种。
(13)根据所述(1)至(12)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,具有降解性的橡胶材料,含有具有水解性的官能基的橡胶。
(14)根据所述(1)至(13)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,具有降解性的橡胶材料,含有具有聚氨酯键、酯键或酰胺键中至少1种键的橡胶。
(15)根据所述(1)至(14)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,具有降解性的橡胶材料,含有选自由聚氨酯橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一种。
(16)根据所述(1)至(15)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,降解性材料含有脂肪族聚酯。
(17)根据所述(16)所述的钻井用堵塞器,其中,脂肪族聚酯为聚乙醇酸。
(18)根据所述(17)所述的钻井用堵塞器,其中,聚乙醇酸的重均分子量为180000~300000,并且,在温度270℃、剪切速度122sec-1下测量的熔融粘度为700~2000Pa·s。
(19)根据所述(1)至(18)中任一项所述的钻井用堵塞器,其中,降解性材料和/或具有降解性的橡胶材料,含有强化材料。
(20)根据所述(1)至(19)中任一项所述的钻井用堵塞器,其具备以下a)~d)所表示的结构中的至少1种:a)芯轴是如下的任意一个,即,至少在芯轴的一部分上具有沿轴向的中空部,或者,不具有沿轴向的中空部;b)具备多个由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件;c)具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的、至少1个楔块;或者,d)具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的1对环,由至少1种具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件,存在于该1对环之间。
(21)根据所述(1)至(20)中任一项所述的钻井用堵塞器,其在钻井处理液中,由降解性材料形成的构件的厚度变为0的时间,与由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率变为50%以上的时间之差,在0小时以上2个星期以内。
(22)根据所述(21)所述的钻井用堵塞器,其中,由降解性材料形成的构件为芯轴。
并且,根据本发明的另一个侧面,(23)提供一种钻井方法,其特征在于,使用所述(1)至(22)中任一项所述的钻井用堵塞器,对钻井孔实施封堵处理后,钻井用堵塞器的部分或全部被降解。
有益效果
根据本发明,涉及一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上,以及/或者,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%,因此,能够获得如下的效果,即在高深度化等开采条件日益严格的背景下,能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序。
此外,根据本发明,涉及一种钻井方法,其特征在于,使用所述钻井用堵塞器,对钻井孔实施封堵处理后,钻井用堵塞器的部分或全部被降解,因此,能够获得如下的效果,即能够提供能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井方法。
附图说明
图1(a)是表示本发明的钻井用堵塞器的一个具体例的模式图。(b)是表示(a)的钻井用堵塞器的可扩径的环状橡胶构件扩径后的状态的模式图。
具体实施方式
I.钻井用堵塞器
本发明涉及一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上,以及/或者,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。以下参照附图进行说明。
1.芯轴
本发明的钻井用堵塞器,其特征在于,具备由降解性材料形成的芯轴1。本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1是指,通常称为“带芯棒”的构件,其截面大致呈圆形,相对于截面直径的长度足够长,是基本确保本发明的钻井用堵塞器的强度的构件。本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1的截面直径,能够根据钻井孔的大小适当选择,即,通过设为小于钻井孔的内径,能够在钻井孔内移动,另一方面,如后述,由于安装在芯轴1外周面的可扩径的环状橡胶构件2的扩径和卡瓦3的扩径等,而具有能够闭塞钻井孔的程度的值径,芯轴1的长度相对于截面的直径,例如为5~20倍左右,但并不限定于此。通常,芯轴1的截面的直径在5~30cm左右的范围内。
〔中空部〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1,是至少在芯轴的一部分上具有沿轴向的中空部,或者,不具有沿轴向的中空部的实心的均可,但从确保压裂初期的流道、减轻芯轴1的重量、控制芯轴1的降解速度等方面考虑,芯轴1优选为至少在芯轴的一部分上具有沿轴向的中空部的中空芯轴。中空部可以沿轴向贯穿芯轴1,也可以不沿轴向贯穿芯轴1。使用流体将钻井用堵塞器压入移送至坑井内时,芯轴1必须具有沿轴向的中空部。当芯轴1具有沿轴向的中空部时,芯轴1的截面形状为由两个同心圆形成的圆环状,该两个同心圆划定芯轴1的直径即外径,以及中空部的外径,即相当于芯轴1的内径。两个同心圆的直径比例,即相对于芯轴1的直径的中空部的外径的比例优选为0.7以下。该比例的大小,具有与相对于芯轴1的直径的中空芯轴的壁厚的比例大小相反的关系,因此,规定该比例的上限值就相当于规定中空芯轴壁厚的优选下限值。如果中空芯轴的壁厚过薄,在将钻井用堵塞器配置到钻井孔内或者进行钻井孔的堵塞或压裂时,中空芯轴的强度,尤其是拉伸强度不足,甚者有可能会导致钻井用堵塞器损坏。因此,相对于芯轴1的直径的中空部的外径的比例,更优选为0.6以下,进一步优选为0.5以下。
芯轴1的直径以及/或者中空部的外径,可以沿芯轴1的轴向均匀不变,也可以沿轴向变化。即,也可以通过使芯轴1的外径沿轴向变化,从而在芯轴1的外周面上具有凸部、阶梯部或凹部即沟槽部等。此外,也可以通过使中空部的外径沿轴向变化,从而在芯轴1的内周面上具有凸部、阶梯部或凹部即沟槽部等。芯轴1的外周面以及/或者内周面上所具有的凸部、阶梯部或凹部即沟槽部,在芯轴1的外周面以及/或者内周面上,可以作为安装或固定其他构件的部位而使用,特别是如后述,能够作为固定可扩径的环状橡胶构件2的固定部,此外,芯轴1具有中空部时,还能够作为保持用于控制流体的流动的球体的支撑面。
〔降解性材料〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1由降解性材料形成。降解性材料是指,例如具有由使用压裂液的土壤中的微生物进行降解的生物降解性、或者由压裂液中的溶剂特别是水,还可根据需要由酸或碱进行降解的水解性的降解性材料等,也可以是能够由其他某些方法进行化学降解的降解性材料。优选为由规定温度以上的水进行降解的水解性材料。另外,作为以往钻井用堵塞器所具有的芯轴,通常会使用铝等金属材料,因为在施加较大的机械力时,会破坏、崩解等物理性地失去形状的材料,不属于形成本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1的降解性材料。但是,如后述的降解性树脂中可见,由于聚合度较低等原因,原本树脂所具备的强度会下降而变得脆弱,结果只需要施加非常小的机械力,就可以轻松令其崩解并且丧失当初的形状,以下也称为“崩解性”,这样的材料也属于降解性材料。
作为形成本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1的降解性材料,要求其在高深度地下的高温高压的环境中具有所期望的强度,同时具有优异的降解性,因此优选为降解性树脂。降解性树脂是指能够通过如上所述的生物降解性、水解性、甚至其他方法进行化学降解的树脂。作为降解性纤维,可列举含有例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚-ε-己内酯等脂肪族聚酯或聚乙烯醇〔皂化度80~95摩尔%左右的部分皂化聚乙烯醇等)等,更优选为脂肪族聚酯。也就是说,降解性材料优选为脂肪族聚酯。降解性树脂也可通过单独或混合2种以上等来进行组合使用。
〔脂肪族聚酯〕
脂肪族聚酯为由通过例如羟基羧酸以及/或者内酯的均聚或共聚、脂肪族二羧酸与脂肪族二醇的酯化反应、脂肪族二羧酸、脂肪族二醇与羟基羧酸以及/或者内酯的共聚获得的脂肪族聚酯,优选可在温度20~100℃左右的水中迅速溶解的物质。
作为羟基羧酸,可列举乙醇酸、乳酸、苹果酸、羟基丙酸、羟基丁酸、羟基戊酸、羟基己酸、羟基庚酸、以及羟基辛酸等碳原子数2~8的脂肪族羟基羧酸等。作为内酯,可列举丙内酯、丁内酯、戊内酯、以及ε-己内酯等碳原子数3~10的内酯等。
作为脂肪族二羧酸,可列举草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸等碳原子数2~8的脂肪族饱和二羧酸、以及马来酸、富马酸等碳原子数4~8的脂肪族不饱和二羧酸等。作为脂肪族二醇,可列举乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇等碳原子数2~6的亚烷基二醇、以及聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等碳原子数2~4的聚亚烷基二醇等。
形成这些聚酯的成分也可分别单独或组合2种以上使用。此外,只要不会失去作为降解性树脂的性质,也可组合对苯二甲酸等形成芳香族即聚酯的成分进行使用。
作为特别优选的脂肪族聚酯,可列举聚乳酸,以下有时会称为“PLA”,或聚乙醇酸,以下有时会称为“PGA”等羟基羧酸类脂肪族聚酯;聚-ε-己内酯等内酯类脂肪族聚酯;聚乙烯琥珀酸酯或聚丁烯琥珀酸酯等二醇·二羧酸类脂肪族聚酯;它们的共聚物,例如乙醇酸·乳酸共聚物,以下有时会称为“PGLA”;以及它们的混合物等。此外,也可列举组合聚己二酸亚乙基酯/对苯二甲酸等芳香族成分进行使用的脂肪族聚酯。
从钻井用堵塞器所具备的芯轴1所要求的强度和降解性这一方面考虑,脂肪族聚酯最优选为选自由PGA、PLA以及PGLA所组成的群中的至少1种,更优选为PGA。另外,作为PGA,除了乙醇酸的均聚物以外,还包含具有乙醇酸重复单位50质量%以上,优选为75质量%以上,更优选为85质量%以上,进一步优选为90质量%以上,特别优选为95质量%以上,最优选为99质量%以上,格外优选为99.5质量%以上的共聚物。此外,作为PLA,除了L-乳酸或者D-乳酸的单独聚合物外,还包含具有50质量%以上,优选为75质量%以上,更优选为85质量%以上,进一步优选为90质量%以上的L-乳酸或者D-乳酸的重复单位的聚合物,和将聚-L-乳酸和聚-D-乳酸混合而获得的立构复合物型聚乳酸。作为PGLA,可使用乙醇酸重复单位与乳酸重复单位的比例(质量比)为99:1~1:99、优选为90:10~10:90、更优选为80:20~20:80的共聚物。
(熔融粘度)
作为脂肪族聚酯,优选为PGA、PLA或PGLA,可使用熔融粘度通常为50~5000Pa·s、优选为150~3000Pa·s、更优选为300~1500Pa·s、的物质。溶融粘度是在温度270℃、剪切速度122sec-1下进行测量的。如果熔融粘度过小,则钻井用堵塞器所具备的芯轴1所要求的强度有时会出现不足。如果熔融粘度过大,则在例如制造芯轴1时会需要高熔融温度,有时脂肪族聚酯可能会发生热劣化,或者降解性变得不充分。所述熔融粘度是使用安装有直径1mmφ×长度10mm的毛细管的CapilloGraph,即株式会社东洋精机制作所制的“CapilloGraph1-C”,将试样约20g在规定温度即270℃时保持5分钟后,在剪切速度122sec-1的条件下测量出的数值。
作为特别优选的脂肪族聚酯即PGA,从例如通过固化挤出成型进行成型时不易产生裂痕等成型性等方面考虑,更优选重均分子量为180000~300000、并且在温度270℃、剪切速度122sec-1下测量的熔融粘度为700~2000Pa·s的PGA。其中优选的PGA是重均分子量为190000~240000、并且在温度270℃、剪切速度122sec-1下测量的熔融粘度为800~1200Pa·s的PGA。熔融粘度是依据如上所述的方法进行测量的。所述重均分子量是使10mg的PGA的试样溶解在以5mM的浓度溶解了三氟乙酸钠的六氟异丙醇(HFIP)中,成为10mL后,利用膜滤器过滤后获得试样溶液,使用该试样溶液10μL在以下条件下通过凝胶渗透色谱法(GPC)进行测量的。
<GPC测量条件>
装置:株式会社岛津制作所制造的ShimazuLC-9A
色谱柱:昭和电工株式会社制HFIP-806M2根(串联)+预柱:HFIP-LG1根
色谱柱温度:40℃
洗脱液:以5mM浓度溶解三氟乙酸钠的HFIP溶液
流速:1mL/分钟
检测器:差示折射仪
分子量校正:使用分子量不同的5种标准分子量聚甲基丙烯酸甲酯(POLYMERLABORATORIFSLtd.制造)制作分子量的标准曲线数据,使用该数据。
〔其他配合成分〕
降解性材料、优选为降解性树脂、更优选为脂肪族聚酯,进一步优选为,在不损害本发明的目的的范围内,在PGA中,还可作为其他配合成分,含有或配合树脂材料、稳定剂、降解促进剂或降解抑制剂、以及强化材料等各种添加剂,其中,降解性材料为降解性树脂时,所述树脂材料可以为其他树脂。降解性材料优选含有强化材料,此时,降解性材料可称为复合材料。降解性材料为降解性树脂时,即所谓强化树脂。由强化树脂形成的芯轴1优选为由含有强化材料的脂肪族聚酯形成的芯轴。
〔强化材料〕
作为强化材料,可使用以往为提高机械强度和耐热性而用作树脂材料等的强化材料的材料,可使用纤维状强化材料、颗粒状或粉末状强化材料。相对于降解性树脂等降解性材料100质量份,强化材料的含量通常可在150质量份以下,优选为10~100质量份的范围内。
作为纤维状强化材料,可列举:玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、钛酸钾纤维等无机纤维状物;不锈钢、铝、钛、钢、黄铜等金属纤维状物;芳纶纤维、洋麻纤维、聚酰胺、氟树脂、聚酯树脂、丙烯酸类树脂等高熔点有机质纤维状物质等。作为纤维状强化材料,优选长度为10mm以下,更优选为1~6mm,进一步优选为1.5~4mm的短纤维,此外,优选使用无机纤维状物,特别优选使用玻璃纤维。
作为颗粒状或粉末状强化材料,可以使用云母、硅石、滑石、矾土、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、氧化钛、铁氧体、粘土、玻璃粉即研磨纤维等、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉、碳酸镁、硫酸钡等。强化材料可以分别单独使用,或者也可以组合2种以上使用。根据需要,也可以利用集束剂或表面处理剂对强化材料进行处理。
〔含降解性材料的复合材料〕
而且,作为本发明的钻井用堵塞器所具备的,由降解性材料形成的芯轴1,是将金属或无机物构件组入到降解性材料后形成的,即,也可是由复合材料所构成的芯轴1,该复合材料含有由降解性材料和金属或无机物等材料构成的降解性材料。由含有降解性材料的复合材料所构成的芯轴1,例如可列举由通过下述方法形成的复合材料构成的芯轴1,即,在由以PGA为代表的降解性树脂等降解性材料构成的母材中设置规定形状的凹陷,并嵌入与凹陷的形状一致的金属即金属片等或无机物,再利用粘合剂将它们固定,或利用铁丝、纤维等将金属片或无机物与母材进行卷绕固定,使它们能够维持固定状态。
〔60℃拉伸强度〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1,优选由温度60℃时的拉伸强度,以下有时会称为“60℃拉伸强度”,为50MPa以上的降解性材料形成。本发明的钻井用堵塞器,由芯轴1的60℃拉伸强度为50MPa以上的降解性材料构成,因此,例如在页岩气层中,在一般的温度60℃左右的环境下,甚至超过地下3000m的高深度的地中等温度超过100℃的高温度环境下,能够具有充分的强度,以承受对芯轴1施加的拉伸应力。形成芯轴1的降解性材料的60℃拉伸强度是依据JISK7113测量得出的,为将试验温度设为60℃,将试验片在烤箱内静置而进行测量(单位:MPa)。形成芯轴1的降解性材料的60℃拉伸强度,优选为75MPa以上,更优选为100MPa以上。为了使形成芯轴1的降解性材料的60℃拉伸强度为50MPa以上,能够采用调整降解性材料、例如降解性树脂的种类和特性,即熔融粘度和分子量等、强化材料等添加剂的种类和特性、以及添加量等的方法。如果形成芯轴1的降解性材料的60℃拉伸强度为50MPa以上,则能够通过调整芯轴1的壁厚即截面积和形状,而适当地对芯轴1的载重进行调整。60℃拉伸强度的上限并无特别限制,通常为1000MPa,多数情况下为750MPa。
〔温度66℃时的剪切应力〕
此外,本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1,优选为由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成的心轴。也就是说,因为芯轴1由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成,所以能够切实地维持如下卡合部的卡合,即,与用来进行芯轴1的拉伸以及/或者压缩的夹具卡合的卡合部,例如芯轴的螺纹部和扩径部;与承受因压裂液等而朝向芯轴的轴向的较大压力时,安装在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的一对环等其他构件卡合的卡合部。卡合部的载重依赖于构成该卡合部的材料中,该卡合部存在的温度环境下的剪切应力较小的材料的剪切应力的大小,以及卡合部的面积,通过由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成芯轴1,能够使温度66℃时的卡合部的载重足够大。其结果是,能够按照例如数小时~数日内的所期望的时间日程,切实地实施承受因流体而朝向芯轴1的轴向的较大压力的压裂等钻井处理。形成芯轴1的降解性材料在温度66℃时的剪切应力优选为45MPa以上,更优选为60MPa以上。降解性材料在温度66℃时的剪切应力并无特别的上限值,通常为600MPa以下,多数情况为450MPa以下。
〔浸渍在水中后的厚度减少〕
此外,本发明的钻井用堵塞器中由降解性材料形成的芯轴1,优选在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少少于5mm,在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少10mm以上。也就是说,芯轴1在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少少于5mm,更优选为少于4mm,进一步优选为少于3mm,在温度66℃左右的钻井环境下,形成芯轴1的降解性材料进行降解的可能性小,如上所述,也可以是崩解或强度降低的可能性小,因此能够基本完全维持芯轴1的形状和大小,并且,切实地维持与安装在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的一对环等其他构件的卡合。因此,能够按照例如数小时~数日内的所期望的时间日程,切实地实施承受因流体而朝向芯轴1的轴向的较大压力的压裂等钻井处理。在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少没有特别的下限值,优选为0mm,0.1mm左右也可。同时,芯轴1在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少10mm以上,更优选为12mm以上,进一步优选为15mm以上,因此在压裂等钻井处理结束后,如果使芯轴1接触例如温度149℃的流体,则形成芯轴1的降解性材料能够在短时间例如数小时~数日内~数星期内进行降解,如上所述,也可以是崩解或强度降低,从而促进钻井用堵塞器的降解。在温度为149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少没有特别的上限值,优选为芯轴1的厚度或直径的100%,95%左右也可。在温度为149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少100%,即,在温度为149℃的水中浸渍24小时后的芯轴1的厚度为0mm时,在温度为149℃的水中开始浸渍之后,直至芯轴1的厚度变为0mm为止的时间也进行计量。此外,以由本发明的钻井用堵塞器中的降解性材料形成的芯轴1为代表,作为钻井用堵塞器中的、由降解性材料形成的构件,例如,在规定温度以上的水中进行浸渍,以及接触等,能够显著进行降解性材料的降解的钻井环境下,会进行以从构件表面进行的降解为主的,所谓表面降解。此时,由钻井用堵塞器的降解性材料形成的构件,从与例示的规定温度以上的水等相接触的表面部位,依次出现降解性材料的降解,其结果是,随着时间的推移,构件的厚度会减少。例如,很多时候能够确认到,将由PGA形成的板状体,浸渍在温度为149℃的水中之后,随着时间的推移,厚度会线性地减少这一现象。
〔温度66℃时的拉伸载重〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1,在温度66℃时的拉伸载重优选为5kN以上,因此,优选选择降解性材料并进行设计,从而使温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。为了运行本发明的钻井用堵塞器,即为了使可扩径的环状橡胶构件2和卡瓦3、3’进行扩径从而发挥功能,通常会对芯轴1施加载重,使安装在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的构件压入环5’一侧,因此,会对芯轴1施加约20~1000kN、多数情况下约25~800kN的较高的拉伸载重。此外,虽然在芯轴1的两端部具备螺纹部和扩径部等,能够将用来实施芯轴1的拉伸以及/或者压缩的夹具进行卡合,但在这些螺纹部和扩径部等,与夹具卡合的卡合部处,有时会根据设计,出现2~5倍的应力集中。因此,作为芯轴1,必须选择能够具有承受这种高载重的强度的材料,即降解性材料,并且设计方面也应使应力集中变小。此外,在承受因压裂液等而朝向芯轴的轴向的较大压力时,于安装在与芯轴1的轴向垂直的外周面的一对环等其他构件卡合的卡合部也会被施加高载重,因此,必须进行同样的材料选择和设计。从能够充分承受高载重这一方面考虑,芯轴1在温度66℃时的拉伸载重优选为20kN以上,更优选为30kN以上,进一步优选为50kN以上。芯轴1在温度66℃时的拉伸载重没有特别的上限值,但从选择降解性材料等方面考虑,通常为1500kN以下,多数情况下为1200kN以下。
〔固定部〕
如上所述,芯轴1可设成在外周面上具有凸部、阶梯部或凹部即沟槽部等,并能够在芯轴1的外周面上将其作为用来安装或固定其他构件的部位来使用,特别是能够作为用来固定可扩径的环状橡胶构件2的固定部。
如后述,本发明的钻井用堵塞器,具备放置在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2。可扩径的环状橡胶构件2,随着在芯轴1的轴向上的距离被缩小即被缩径,朝向与该轴向垂直的方向扩径,同钻井孔的内壁H以及芯轴1的外周面抵接,闭塞即密封堵塞器与钻井孔之间的空间。接着,在执行压裂期间,需要维持堵塞器与钻井孔的密封,因此,需要在扩径状态下,即朝向芯轴1的轴向被压缩的状态下,用某些方法保持可扩径的环状橡胶构件2。
芯轴1能够在外周面上具有凸部、阶梯部或凹部即沟槽部等,因此,本发明的钻井用堵塞器所具备的芯轴1,优选为在外周面上具有以压缩状态固定可扩径的环状橡胶构件2的固定部。该固定部可以是上文所述的凸部、阶梯部或凹部即沟槽部,也可以采用螺纹部及其他能够在芯轴1的外周面上以压缩状态固定可扩径的环状橡胶构件2的方法。从加工及成型容易性或强度等方面考虑,固定部更优选为选自由沟槽、阶梯部及螺纹所组成的群组中的至少1个。
2.可扩径的环状橡胶构件
本发明的钻井用堵塞器,具备放置在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2。可扩径的环状橡胶构件2,例如,如后述直接或间接抵接于一对环5、5′,从而在芯轴1的外周面上传递芯轴1轴向的力,其结果是,随着其朝向芯轴1的轴向被压缩,轴向上的距离被缩小即被缩径,而在与芯轴1的轴向垂直的方向上扩径。该环状橡胶构件2扩径后,与轴向垂直的方向上的外侧部与钻井孔的内壁H相抵接,同时与轴向垂直的方向上的内侧部与芯轴1的外周面相抵接,因此堵塞器与钻井孔之间的空间会被闭塞即密封。可扩径的环状橡胶构件2具有如下功能,即,在接下来执行压裂的期间内,能够维持与钻井孔的内壁H及芯轴1的外周面相抵接的状态,维持堵塞器与钻井孔的密封。
〔150℃,24小时压缩应力降低率〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,其特征在于,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率,以下也称为“150℃,24小时压缩应力降低率”为5%以上。也就是说,本发明的钻井用堵塞器所具备的、可扩径的环状橡胶构件2中的至少1个,为具有降解性的可扩径的环状橡胶构件,该降解性的特征在于150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上,且其中还包含上文中所述的崩解性。本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,其150℃24小时压缩应力降低率为5%以上,因此,在钻井内,该钻井伴随着深度的多样化等,多为60℃(140度F)~204℃(400度F)左右的温度,近年来,还有25~40℃左右的低温钻井环境,在数小时~数星期内,该橡胶构件降解或崩解然后消失,或是因失去强度而崩解,或是相对于施加在该橡胶构件上的各种力的载重下降,这样一来,就会丧失闭塞功能。因此,以解除堵塞器与钻井孔之间的空间的闭塞为目的,无需为了回收该橡胶构件,或是物理性地进行破坏等,花费较多的费用和时间,从而有助于削减油气资源的回收所需的费用和缩短工序。本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,需要根据各种钻井的温度等环境,以及在该环境下实施的工序,而具有多种强度等的性能维持时间以及降解时间,而本发明的可扩径的环状橡胶构件2,由于150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上,因此,例如在温度177℃(350°F)、163℃(325°F)、149℃(300°F)、121℃(250°F)、93℃(200°F)、80℃或者66℃、甚至于25至40℃等各种钻井的温度环境下,维持一定时间强度,且具有之后降解的特性。由此,根据钻井的环境和工序,能够从150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上的本发明的所述可扩径的环状橡胶构件2中选择最合适的构件。此外,本发明的所述可扩径的环状橡胶构件2,其控制降解时间和降解速度等的因素和可控制的程度,根据形成可扩径的环状橡胶构件2的橡胶材料的种类而异,例如,硫化度的调整,即通过控制分子链之间的交联的程度来控制降解速度;通过硫化方式的变化以及交联剂的种类和比例的变化来控制降解速度;通过硬度来控制降解速度,通常是通过提高硬度来抑制降解,降低硬度来促进降解;通过调整水解抑制剂等配合剂和填充物的种类和分量来控制降解速度;通过改变成型条件和硬化条件来控制降解速度。
由本发明的150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上的、具有降解性的橡胶材料形成的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,从降解性或崩解性更好的方面考虑,即从可设计成在期望的短时间内降解的方面考虑,150℃,24小时压缩应力降低率优选为10%以上,更优选为20%以上。虽然依赖于下述的具有降解性的橡胶材料其当初的50%应变压缩应力,即浸渍在温度150℃的水中之前测量的50%应变压缩应力的值的大小,不过150℃,24小时压缩应力降低率进一步优选为50%以上、特别优选为70%以上、最优选为80%以上,再进一步优选为90%以上。可扩径的环状橡胶构件2的150℃,24小时压缩应力降低率的上限为100%,其意味着在温度150℃的水中浸渍24小时后,完全失去50%应变压缩应力,具体而言,意味着在温度150℃的水中浸渍24小时的过程中,如下文中所说明的那样,从所述的环状橡胶构件上切取的试样中的、具有降解性的高分子材料,因降解或溶出而失去形状或是消失的情况,或者,在测量压缩应力时,在达到50%应变前,所述试样就崩解的情况等。
另外,150℃,24小时压缩应力降低率如果为80%以上,则在温度150℃的水中浸渍24小时后的可扩径的环状橡胶构件,虽然与当初的50%应变压缩应力的值的大小也有关,但很多情况下为只要用手轻轻触碰就能令其形状崩解的状态。同样如果为95%以上的话,则不能维持形状,造成难以取出的情况,进一步同样如果为99%以上的话,则是能够用肉眼观察到不能维持形状的状态。此外,以由本发明的150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上的、具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件为的代表,由具有降解性的橡胶材料形成的钻井用堵塞器的构件,例如,在能够显著进行如下降解的钻井环境下,即具有在规定温度以上的水中进行浸渍等降解性的橡胶材料的降解,会进行来自构件表面和内部的降解,即所谓的本体降解(bulkdegradation)。因此,所述可扩径的环状橡胶构件等钻井用堵塞器的构件,其50%应变压缩应力的值,相对于该钻井用堵塞器的构件当初的50%应变压缩应力的值,变为50%以下,也可指50%应变压缩应力的降低率在50%以上,在这种情况下,该钻井用堵塞器的构件会从大块上出现易崩解性,使用比较小的力就会失去当初的形状,成为分散的形状。其结果是,该钻井用堵塞器的构件,如下文中所说明的那样,会变成不具有流体密封功能,或是失去当初的形状,实质性成为厚度为0的构件。
可扩径的环状橡胶构件的150℃,24小时压缩应力降低率的测量方法如下。即,从可扩径的环状橡胶构件切取厚度、长度和宽度各为5mm的试样,然后将该试样浸渍在温度为150℃的水即去离子水400mL中,经过24小时后取出,然后依据JISK7181,即依据ISO604,在常温下测量50%应变压缩应力,求出50%位移点上的50%应变压缩应力,将其作为试样的50%应变压缩应力。将试样在温度150℃的水中进行浸渍后的50%应变压缩应力的值,与预先在温度150℃的水即去离子水中进行浸渍前所测量的试样的50%应变压缩应力,即当初的50%应变压缩应力的值进行比较,计算出相对于当初的50%应变压缩应力的降低率,单位为%,并将其作为150℃,24小时压缩应力降低率。此外,如上所述,在温度150℃的水中进行浸渍时,形成可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料的降解显著进行时,试样以较小的力就能失去当初的形状,因此,会出现即使忽视上述的试样的尺寸来进行测量,所获得的结果也没有差异的情况。
作为本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件的当初的50%应变压缩应力,在位于高深度地下的钻井内,进行穿孔和压裂所需的期间,可扩径的环状橡胶构件2维持强度,且只要能够切实地持续进行钻井的闭塞,就没有特别限制,但是通常在1MPa以上,很多时候在3MPa以上,特别优选为5MPa以上,其中,该期间包括堵塞器被搬入和转移到规定位置、利用钻井用堵塞器进行钻井的闭塞,以及穿孔或压裂的准备及实施等时间,很多时候大概为1~2天左右,但是也有30分钟~数小时等更短时间的情况。同样,可扩径的环状橡胶构件当初的50%应变压缩应力没有特定的上限,不过从实用性和降解性或者崩解性方面考虑,当初的50%应变压缩应力通常使用200MPa以下,多数情况使用150MPa以下的构件。
〔150℃,72小时质量减少率〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于温度150℃的水中浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率,以下也称为“150℃,72小时质量减少率”为5至100%,因此在钻孔内,即伴随着深度的多样化等温度为60℃~200℃左右,近年来更是出现了25~40℃的低温环境下,于数小时~数星期内,该橡胶构件降解或者崩解,更加期望是消失,在本发明中统称为“降解”,从而导致闭塞功能消失,从而不需要在其回收和物理破坏等方面耗费太多的经费和时间,因此有利于减少用于油气资源回收的经费和缩短工序。例如,若150℃,72小时消失质量减少率为100%,则意味着将至少1个可扩径的环状橡胶构件2浸渍于150℃水中72小时之后,其质量变为0,完全消失,因此优选。本发明的至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于150℃,72小时质量减少率为5至100%,因此例如在温度177℃、163℃、149℃、121℃、93℃、80℃或者66℃、甚至于25至40℃等各种钻孔的温度环境下,维持一定时间强度,且具有之后降解的特性。由此,根据钻井的环境和工序,能够从150℃,72小时质量减少率为5%~100%的本发明的至少1个可扩径的环状橡胶构件2中选择最合适的构件。
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,虽然与最初的质量,即“浸泡在温度150℃的水中之前测量的质量”的值的大小有关,但从降解性或者崩解性更优异的方面,即在所期望的短时间内降解的方面考虑,150℃,72小时质量减少率优选为10~100%,更优选为20~100%,进一步优选为50~100%,特别优选为80~100%,最优选为90~100%。本发明的至少1个可扩径的环状橡胶构件2,根据需要,150℃,72小时质量减少率为100%,在温度93℃或66℃等各种温度的水中浸渍72小时后的质量,相对于当初质量的减少率,例如能够设计、制备为20%以下、10%以下、甚至少于5%。
至少1个可扩径的环状橡胶构件2的150℃,72小时质量减少率的测量方法如下。也就是说,将切取厚度、长度以及宽度各20mm的至少1个可扩径的环状橡胶构件2的试样,浸渍在温度150℃的水即去离子水等400ml中,将经过72小时后取出之后测量的试样的质量,与预先在浸渍在温度150℃的水之前测量的试样的质量,即“当初的质量”进行比较,算出相对于当初质量的减少率,单位为%。
〔66℃拉伸断裂应变〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在温度66℃的拉伸断裂应变,以下也称为“66℃拉伸断裂应变”为50%以上,因此于进行压裂等钻井处理所需的期间,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的强度被维持,能够更加切实地继续进行钻孔的闭塞,因此优选。也就是说,使用至少1个可扩径的环状橡胶构件2,进行钻井孔的闭塞即密封的情况下,即便至少1个可扩径的环状橡胶构件2同钻孔工具的形状以及钻孔的形状即套管的形状切实卡合而变形,具体而言即便承受巨大的拉伸力以及压缩力而变形,也不用担心断裂,因此使至少1个可扩径的环状橡胶构件2与套管的抵接面积变大,从而切实地进行闭塞。另外,即便是在例如为了实施压裂等必须密封的处理,通过利用流体施加极高的压力,从而承受巨大拉伸力以及压缩力的情况下,也有流体的密封难以被破坏的效果。66℃拉伸断裂应变为,依据IS037即JISK6251,在温度66℃时进行测量的拉伸断裂时的应变,单位为%。66℃拉伸断裂应变优选为80%以上,更优选为100%以上。66℃拉伸断裂应变没有特别的上限值,但是如果66℃拉伸断裂应变过大,则会在需要的钻井处理后使至少1个可扩径的环状橡胶构件2降解,而失去强度时,出现难以变成碎片的情况,因此通常为500%以下,多数情况为480%以下。
〔66℃压缩应力〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在温度66℃的70%应变压缩应力,以下也称为“66℃压缩应力”为10MPa以上,因此于进行压裂所需的期间,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的强度被维持,能够更加切实地继续进行钻孔的闭塞,因此优选。也就是说,使用至少1个可扩径的环状橡胶构件2,进行钻井孔的闭塞即密封的情况下,即便至少1个可扩径的环状橡胶构件2同钻孔工具的形状以及钻孔的形状即套管的形状切实卡合而变形,具体而言即便承受巨大的压缩力以及拉伸力而变形,也不用担心断裂,因此使至少1个可扩径的环状橡胶构件2与套管的抵接面积变大,从而切实地进行闭塞。另外,即便是在例如为了实施压裂等必须密封的处理,通过利用流体施加极高的压力,从而承受巨大压缩力以及拉伸力的情况下,也有流体的密封难以被破坏的效果。66℃压缩应力,即温度66℃的70%应变压缩应力表示,依据ISO14126即JISK7018,表示在温度66℃时测量的、压缩应变70%的压缩应力,单位为MPa,或者在压缩应变达到70%之前压裂的情况下,到断裂时为止的最大应力值。66℃压缩应力优选为12MPa以上,进一步优选为15MPa以上。66℃压缩应力没有特别的上限值,不过通常为200MPa以下,多数情况为150MPa以下。
〔66℃压缩断裂应变〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在温度66℃的压缩断裂应变,以下也称为“66℃压缩断裂应变”为50%以上,因此于进行压裂所需的期间,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的强度被维持,能够更加切实地继续进行钻孔的闭塞,因此优选。66℃压缩断裂应变为依据ISO14126即JISK7018,在温度66℃时测量的压缩断裂时的应变,单位为%。66℃压缩应力比例优选为60%以上,进一步优选为70%以上。66℃压缩应力比例的上限值为100%,通常为99%以下。
〔表面硬度〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,除了上文中说明的66℃拉伸断裂应变、66℃压缩应力以及66℃压缩断裂应变的所期望的特性外,还从密封功能的方面考虑,硬度即表面硬度优选在A60~D80的范围内。至少1个可扩径的环状橡胶构件2的表面硬度是指,依据ISO7619测量的、以计示硬度类型A,以下也称为“表面硬度A”或者简单称为“硬度A”,或者类型D,以下也称为“表面硬度D”或者简单称为“硬度D”,来表示的表面硬度。作为计示硬度,有适合于普通橡胶的中硬度用的类型A、适合硬质橡胶等的高硬度用的类型D,以及适合于海绵等低硬度用的类型E,例如硬度A100大多相当于硬度D60左右。本发明的至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在硬度A60~D80的范围内,因此进而根据期望,通过配合橡胶构件的结构等而进行调整,可形成能够抵抗压裂等高压流体加压,而进行钻井孔的密封的结构。至少1个可扩径的环状橡胶构件2的表面硬度更优选为表面硬度在A65~D78范围内,进一步优选为表面硬度在A70~D75范围内。
〔23℃压缩应力降低率〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在干燥环境下稳定,且于温度23℃的水中浸泡6小时后的50%应变压缩应力,相对于浸泡1小时后的50%应变压缩应力的降低率,以下也称为“23℃压缩应力降低率”少于5%,因此于进行压裂所需的期间,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的强度被维持,能够更加切实地继续进行钻孔的闭塞,因此优选。也就是说,考虑到由于油气资源回收的采掘条件的多样,在无法预期的短时间内,钻孔的闭塞,即保护构件上的传感器等保护功能不会丧失。特别是至少1个可扩径的环状橡胶构件2在干燥环境下稳定,因此将本发明的钻井用堵塞器配置在钻井孔内,在进行压裂等钻井处理之前的阶段,密封功能即保护构件上的保护功能不会丧失。至少1个可扩径的环状橡胶构件2的23℃压缩应力降低率的测量方法,跟上文中说明的150℃,24小时压缩应力降低率的测量方法相同,可以取代在温度150℃的水中浸渍,而在温度23℃的水中通过浸渍规定时间来进行测量。23℃压缩应力降低率更优选为少于4%,进一步优选为少于3%。23℃压缩应力降低率的下限值为0%。另外,本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,“在干燥环境下稳定”是指在温度23℃、相对湿度50%的环境下,于168小时即7天以上,50%应变压缩应力不会发生降低。
〔66℃压缩应力比例〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,由于在温度66℃下,相对于压缩应变5%的压缩应力,以下也称为“5%压缩应力”,压缩应变70%的压缩应力的比例,以下也称为“66℃压缩应力比例”为5倍以上,因此于进行压裂所需的期间,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的强度被维持,能够更加切实地继续进行钻孔的闭塞,因此优选。也就是说,使用至少1个可扩径的环状橡胶构件2进行钻井孔的闭塞即密封的情况下,至少1个可扩径的环状橡胶构件2的当初压缩应变较小,即容易变形,因此能够变形而使钻孔工具的形状以及钻孔的形状即套管的形状切实卡合,另外,在承受巨大的压缩力以及拉伸力而变形时,在变形量较大的区域使橡胶构件的应力增大,例如橡胶构件和套管的抵接部分的橡胶构件会成为具有较高的压缩应力以及拉伸力的状态,因此例如在实施压裂等需要密封的钻井处理时,即便被施加较大的压力,也能具有充分的密封性能,从而切实地进行堵塞。66℃压缩应力比例依据ISO14126即JISK7018,在温度66℃下进行测量。66℃压缩应力比例优选为8倍以上,更优选为10倍以上。66℃压缩应力比例没有特别的上限值,不过通常为200倍以下,多数情况为150倍以下。另外,66℃压缩应力比例为5倍以上的本发明的至少1个可扩径的环状橡胶构件2,在多数情况下,即使其他的温度,例如室温~177℃的温度范围内,如果相对于压缩应变5%的压缩应力,压缩应变70%的压缩应力的比例为5倍以上,则能够在上述的广泛温度范围内实现密封功能等,因此更优选。然而,上述温度范围的一部分,例如在温度149℃时,即便是上述压缩应力的比例少于5倍的至少1个可扩径的环状橡胶构件2,只要66℃压缩应力比例为5倍以上,就是在实际运用上不会发生故障的至少1个可扩径的环状橡胶构件2。
〔具有降解性的橡胶材料〕
作为本发明的钻井用堵塞器所具备的、形成至少1个可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料,只要是具有能够设为150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上,以及/或者150℃,72时间质量减少率为5~100%的降解性的橡胶材料,就没有特别限制,作为具有能够使用生物降解性、加水降解性或进一步其他一些方法,化学性进行降解的降解性橡胶,能够从众所周知的橡胶材料当中进行选择并使用。例如,可优选列举含有选自由聚氨酯橡胶、天然橡胶、异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶即苯乙烯-丁二烯橡胶等、丙烯酸类橡胶、脂肪族聚酯橡胶、氯丁橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一种的具有降解性的橡胶材料。
此外,从降解性和崩解性方面考虑,可优选列举:含有具有水解性的官能基的橡胶的、具有降解性的橡胶材料,而且,也可优选列举:含有具有聚氨酯键、酯键或酰胺键中至少1种键的橡胶的、具有降解性的橡胶材料,上述水解性的官能基为,例如,聚氨酯基、酯基、酰胺基、羧基、羟基、甲硅烷基、酸酐、酸性卤化物等。
作为特别优选的橡胶材料,可列举聚氨酯橡胶,因为其可以通过调整橡胶材料的结构、硬度、交联度等或者选择其他混配剂,来容易地实施降解性及崩解性的控制。即,具有特别优选的降解性的橡胶材料,为含有聚氨酯橡胶的橡胶材料。此外,具有降解性的橡胶材料,也优选为含有聚酯系热可塑性弹性体或聚酰胺系热可塑性弹性体的橡胶材料。
另外,因耐油性、耐热性、耐水性等优异,而以往作为广泛用于钻井工具的橡胶材料的丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶,通常,很难将150℃,24小时压缩应力降低率设在规定的范围内,因此,通常并不适合用作形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料。
由上述具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件,其150℃,24小时压缩应力降低率为5%以上,优选为20%以上,特别优选为70%以上,这样一来,该可扩径的环状橡胶构件,例如,能够具有利用压裂液的土壤中的微生物来进行降解的生物降解性,或者利用压裂液等溶剂,特别是利用水,更优选是利用酸或者碱来进行降解的水解性,此外,还能够具有利用其它方法进行化学降解的降解性,特别是可具有利用规定温度以上的水来进行降解的水解性。另外,如上文中说明的那样,由于聚合度降低等,使原本橡胶材料所具有的强度下降,而变得脆弱,结果通过施加非常小的机械力,来使可扩径的环状橡胶构件轻松地崩解,失去形状即具有崩解性的也可。作为特别适合可扩径的环状橡胶构件的特性,要求其利用压裂液等的流体,在规定时间后具有崩解性即具有易崩解性,因此优选使用聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体,可以单体使用,也可以跟其他橡胶材料和树脂材料混合使用。
〔聚氨酯橡胶〕
作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料,特别优选使用聚氨酯橡胶,也称作“聚氨酯橡胶弹性体”,其为在分子中具有聚氨酯键(-NH-CO-O-)的橡胶材料,通常通过将异氰酸酯类化合物和具有羟基的化合物缩合而获得。作为异氰酸酯化合物,可以使用芳香族(可以具有多种芳香族环)、脂肪族、脂环族系的二、三、四系的聚异氰酸酯类,或者这些的混合物。作为具有羟基的化合物,主要分为其主链上具有酯键的聚酯型聚氨酯橡胶,以下也称为“酯型聚氨酯橡胶”和其主链上具有醚键的聚醚型聚氨酯橡胶,以下也称为“醚型聚氨酯橡胶”,从更加容易控制降解性和崩解性的方面考虑,多数情况优选酯型聚氨酯橡胶。众所周知,聚氨酯橡胶为同时具备合成橡胶弹性即柔软性和塑胶的刚性即坚固性的弹性体,通常在耐磨性、耐药性、耐油性方面优异,机械强度较大,耐负重性较大,高弹性且能量吸收性高。作为聚氨酯橡胶,根据成型方法的差异,区分为:i)混炼(milable)类型:能够用与普通橡胶相同的加工方法来成型、ii)热可塑性类型:能够用与热可塑性树脂相同的加工方法来成型、以及iii)铸塑类型:能够使用液态原料,用热固化加工方法来成型,作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的聚氨酯橡胶,可以使用任意一种类型。
〔丙烯酸橡胶〕
作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料,优选使用的丙烯基橡胶是,将丙烯酸酯作为主要成分的橡胶状聚合物的总称,其为同可与丙烯酸酯交联的单体的共聚物即ACM、丙烯酸酯与乙烯的共聚物即AEM、丙烯酸酯与丙烯腈的共聚物即ANM等。丙烯酸橡胶由于主链上不含不饱和键,因此化学稳定性强,具有耐热性、耐油性、耐老化性等特征。另一方面,由于具有耐水性和耐蒸汽性较差的特性,因此经过一段时间很容易崩解,作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的橡胶材料非常合适。
〔聚酯系热可塑性弹性体〕
作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料,优选使用的聚酯系热可塑性弹性体,是一种以聚酯系嵌段共聚物为主要成分的弹性体。具体而言,例如,由聚酯构成的硬链段和聚醚组成的软链段的嵌段共聚物,作为硬链段,可以列举芳香族聚酯和脂肪族聚酯,更具体而言为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚羟基烷酸等;作为软链段,可以列举聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇等聚醚。此外也有硬链段和软链段由聚酯组成的嵌段共聚物,作为硬链段,可以列举芳香族聚酯,更具体而言为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸丁二酯等,作为软链段,可以列举比硬链段弹性率低的脂肪族聚酯,例如烷基链长为2以上的聚羟基烷酸。这些硬链段和软链段为了适应期望的弹性体物性,特别是期望的降解特性以及机械特性,可以对硬链段和软链段的种类或者它们的比例进行调整,进一步可根据需要,通过组合各种配合剂,能够得到具有期望物性的聚酯系热可塑性弹性体。聚酯系热可塑性弹性体具备塑料和橡胶的两种特性,可以进行射出成型、挤出成型、吹塑成型等各种成型加工,此外,因具有酯键,而具有在规定时间内很容易地崩解的特性。作为市售品,例如可列举东洋纺股份有限公司PELPRENE(注册商标)P类型的P30B,硬度A71。“硬度”为基于ISO7619的计示硬度类型硬度,以下简单称为“硬度”,P40B(硬度A82)、P40H(硬度A89)、P55B(硬度A94)、东丽杜邦股份有限公司制HYTREL(注册商标)3046(硬度A77)、G3548L(硬度A80)、4047N(硬度A90)等,作为橡胶为相对硬度较高的材料,其为与在钻孔环境中设想的高温高压条件相适应的硬度,为适用于可扩径的环状橡胶构件的橡胶构件。此外,PELPRENE(注册商标)S类型的S1001(硬度A96)、S9001(硬度A99)和HYTREL(注册商标)6377(硬度D63)、7277(硬度D72)等具有作为较薄的橡胶构件起到密封作用等所适宜的硬度,为适用于可扩径的环状橡胶构件的橡胶材料。这些聚酯系热可塑性弹性体可以作为单体来使用,还可以跟其他的热可塑性弹性体以及/或者树脂材料混合而使用。
〔聚酰胺系热可塑性弹性体〕
作为形成本发明的可扩径的环状橡胶构件的、具有降解性的橡胶材料,优选使用的聚酰胺系热可塑性弹性体,是一种由聚酰胺组成的硬链段和聚醚以及/或者聚酯组成的软链段的嵌段共聚物。具体而言,作为硬链段,例如可列举脂肪族聚酰胺,更具体而言是尼龙6、尼龙11、尼龙12,作为软链段,例如可列举聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇等聚醚。这些硬链段和软链段为了适应期望的弹性体物性,特别是期望的降解特性以及机械特性,可以对硬链段和软链段的种类或者它们的比例进行调整,进一步可根据需要,通过组合各种配合剂,能够得到具有期望物性的聚酰胺热可塑性弹性体。聚酰胺系热可塑性弹性体具有介于橡胶和塑料中间的特性,可以进行射出成型、挤出成型、吹塑成型等各种成型加工,此外,通过具有酰胺键,具有在高温高压下发生水解,从而容易崩解的特性。作为市售品,例如可列举股份有限公司T&KTOKA制TPAE-12(硬度D12)、TPAE-38(硬度D32)、TPAE-10(硬度D41)、TPAE-23(硬度D62)、PA-260(硬度D69)等,具有作为较薄的橡胶构件起到闭塞作用等所适宜的硬度,为适用于可扩径的环状橡胶构件的橡胶材料。这些聚酰胺系热可塑性弹性体可以作为单体来使用,还可以跟其他的热可塑性弹性体以及/或者树脂材料混合而使用。
〔聚氨酯橡胶的具体例〕
作为特别优选的聚氨酯橡胶的具体例,可列举:硬度A80的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为未交联型、硬度A80的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型、硬度A85的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为未交联型、硬度A85的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型、硬度A90的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为未交联型、硬度A90的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型、硬度A95的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为未交联型、硬度A95的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型、硬度D74的内酯系酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型等,进一步还可列举:硬度A70的酯型热硬化性聚氨酯橡胶,其中,作为抗水解剂添加Stabaxol(注册商标)、硬度A82的酯型热硬化性聚氨酯橡胶,其中未添加抗水解剂、硬度A82的酯型热硬化性聚氨酯橡胶,其中添加上述抗水解剂、硬度A90的酯型热硬化性聚氨酯橡胶,其中添加上述抗水解剂、硬度A90的酯型热硬化性聚氨酯橡胶,其中未添加抗水解剂等。
进一步详细说明上述聚氨酯橡胶的几个具体例。
1)使用硬度A85的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为未交联型,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为100%的可扩径的环状橡胶构件。关于该橡胶构件,在测量温度121℃的水中浸渍规定时间后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率的时候,以下也称为“121℃的压缩应力降低率”,发现浸渍24小时后为21%、浸渍48小时以及72小时后为100%、浸渍48小时以及72小时后的试验片在50%应变压缩应力试验后发生裂纹,形状也无法复原。
2)使用硬度A85的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为41%的可扩径的环状橡胶构件。关于该橡胶构件,在测量温度121℃的压缩应力降低率的时候,发现浸渍24小时后为1%、浸渍48小时后为1%、浸渍72小时后为100%,浸渍72小时后的试验片在50%应变压缩应力试验后发生裂纹,形状也无法复原。而且,该橡胶构件的66℃拉伸断裂应变为414%,66℃压缩应力为41MPa,66℃压缩断裂应变为95%以上,另外在干燥环境下稳定,23℃压缩应力降低率为0%,66℃压缩应力比例为20倍,150℃,72小时质量减少率为72%。
3)使用硬度A95的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其为交联型,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为100%的可扩径的环状橡胶构件。
4)使用硬度A82的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其中未添加抗水解剂,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为100%的可扩径的环状橡胶构件。关于该橡胶构件,在测量温度93℃的水中浸渍规定时间后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率的时候,以下也称为“93℃的压缩应力降低率”,发现浸渍24小时后为8%、浸渍72小时后为27%、浸渍168小时后为100%、浸渍336小时后为100%,浸渍168小时以及336小时后的试验片,在50%应变压缩应力试验后发生裂纹以及崩解。并且,关于该橡胶构件,在测量温度66℃的水中浸渍规定时间后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率的时候,以下也称为“66℃的压缩应力降低率”,发现浸渍24小时后为5%以下。
5)使用硬度A90的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其中添加上述抗水解剂,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为100%的可扩径的环状橡胶构件。该橡胶构件的温度93℃的压缩应力降低率为,浸渍24小时后为28%、浸渍72小时后为44%、浸渍168小时后为50%,浸渍336小时后为100%,浸渍336小时后的试验片在50%应变压缩应力试验后发生裂纹,形状也无法复原。
6)使用硬度A90的酯型热可塑性聚氨酯橡胶,其中未添加抗水解剂,可以制备150℃,24小时压缩应力降低率为100%的可扩径的环状橡胶构件。该橡胶构件的温度93℃的压缩应力降低率为,浸渍24小时后为20%、浸渍72小时后为40%、浸渍168小时后为100%、浸渍336小时后为100%,浸渍168小时以及336小时后的试验片,在50%应变压缩应力试验后发生裂纹以及崩解。另外,关于该橡胶构件,在测量温度80℃的水中浸渍规定时间后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率的时候,以下也称为“80℃的压缩应力降低率”,发现浸渍24小时后为9%、浸渍72小时后为11%、浸渍168小时后为23%、浸渍336小时后为49%。另外,该橡胶构件的66℃的压缩应力降低率在浸渍24小时后为5%以下。
〔其他配合成分〕
作为本发明的可扩径的环状橡胶构件,除了具有降解性的橡胶材料,特别优选为聚氨酯橡胶之外,在不损害本发明目的的范围内,还可以作为其他配合成分,使其含有其他种类的橡胶材料和树脂材料、强化材料、稳定剂、降解促进剂或者降解抑制剂等各种添加剂,此外也可以作为配合的橡胶材料组合物。此外,根据期望,也可通过添加颜料和染料,作为例如,品牌颜色等,具有各种识别功能的、被着色的可扩径的环状橡胶构件。特别是,作为其他的配合成分,能够通过使其含有降解性材料,增加本发明的可扩径的环状橡胶构件的降解性和崩解性,也能够根据期望进行调整。例如,通过可扩径的环状橡胶构件中作为其他配合成分而含有的降解性材料发生降解,可令可扩径的环状橡胶构件本身失去原有的强度和原有形状,从而成为具有崩解性的构件。作为其他配合成分所含有的降解性材料,可以列举PGA、PLA、PGLA等脂肪族聚酯等众所周知的降解性树脂,或者它们的混合物等。此外,作为本发明的可扩径的环状橡胶构件,相对于100质量份的例如聚氨酯橡胶、聚酯系热可塑性弹性体或者聚酰胺系热可塑性弹性体等,以下也称为“聚氨酯橡胶等”,能够使用丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶即苯乙烯-丁二烯橡胶等、氟橡胶、硅橡胶等其他的橡胶材料5至150质量份,优选为在10至100质量份的范围内混合使用。例如,丁腈橡胶如上文中说明的那样,是通常难以将150℃,24小时压缩应力降低率控制在规定范围内的橡胶材料,而当它跟150℃,24小时压缩应力降低率较大的、具有降解性的橡胶材料,即聚氨酯橡胶混合使用而获得可扩径的环状橡胶构件的话,则由于聚氨酯橡胶容易降解或者崩解,由此不可能维持丁腈橡胶的形状,因此有时候能够比较容易地回收可扩径的环状橡胶构件以及钻井用堵塞器。
〔强化材料〕
作为本发明的可扩径的环状橡胶构件,除了具有降解性的橡胶材料,优选为聚氨酯橡胶等之外,还特别优选作为其他配合成分含有强化材料。作为强化材料,可以使用与上文中对芯轴1进行的说明一样的,以往出于提升机械强度和耐热性的目的而使用的作为树脂材料等的强化材料的材料,也可以使用上文中对芯轴1进行说明的纤维状强化材料、粒状或者粉末状强化材料。强化材料相对于100质量份的具有降解性的橡胶材料,优选为聚氨酯橡胶、聚酯系热可塑性弹性体或者聚酰胺系热可塑性弹性体等,通常可以含有150质量份以下,优选在10至100质量份的范围内含有。
可扩径的环状橡胶构件2只要具有上述功能,则其形状及结构没有限制。例如,通过将其制成与心轴1的轴向垂直的周向上的截面为倒U字形的可扩径的环状橡胶构件2,从而随着U字的前端部分朝向心轴1的轴向被压缩,可以朝向倒U字形的顶点部扩径。
可扩径的环状橡胶构件2扩径后,同钻井孔的内壁H以及心轴1的外周面抵接,而闭塞即密封堵塞器和钻井孔之间的空间,在不扩径的时候于堵塞器和钻井孔之间存在空隙,因此可扩径的环状橡胶构件2,心轴1的轴向上的长度相对于心轴1的长度,优选为10~90%、更优选为15~80%。可扩径的环状橡胶构件2,通过具有上述芯轴1的轴向长度,能够给具备可扩径的环状橡胶构件2的钻井用堵塞器赋予充分的密封功能,同时,在密封后,能够发挥出钻井孔与堵塞器之间的固定辅助功能。
本发明的钻井用堵塞器,至少具备1个由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件2,但是,可具备多个该由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件2,这样一来,能够将堵塞器与钻井孔之间的空间,在多个位置上进行堵塞即密封,此外,还能够更切实地发挥钻井孔与堵塞器之间的固定辅助功能。另外,本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶构件2时,上文所述的可扩径的环状橡胶构件2在芯轴1轴向上的长度是指多个可扩径的环状橡胶构件2在芯轴1轴向上的合计长度。本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶构件2时,多个可扩径的环状橡胶构件2其材料、形状或结构可以相同,也可以不同。此外,可以将多个可扩径的环状橡胶构件2在下文中详述的一对环5、5′之间的位置上邻接或分离放置,也可以放置在多对环5、5′中各对之间的位置上。
可扩径的环状橡胶构件2,例如,可以是由层叠橡胶等多个橡胶构件形成的结构的橡胶构件,也可以是向轴向组成或者配置硬度等机械性物理性质等不同的橡胶构件等而形成的结构的橡胶构件。此外,为了在扩径后更加切实地闭塞即密封堵塞器与钻孔之间的空间、辅助固定钻井孔与堵塞器,也可以在与可扩径的环状橡胶构件2的钻井孔的内壁H相抵接的抵接部设置1个以上沟槽、凸部、粗糙面即锯齿等。
3.卡瓦及楔块
本发明的钻井用堵塞器,具备放置在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的、至少1个卡瓦(slip)3。卡瓦3也可以与楔状的楔块(wedge)4组合而具备。即,优选为具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的,至少1个楔块4的钻井用堵塞器。众所周知在钻井用堵塞器中,卡瓦3,以及,优选为卡瓦3与楔块4的组合就是用来固定堵塞器与钻井孔的固定机构。也就是说,通过金属、无机物等材料形成的卡瓦3以可滑动的方式接触、放置在通过复合材料等材料形成的楔块4斜面的上表面上,利用已说明的方法对楔块4施加芯轴1轴向的力,借此,卡瓦3移动到与芯轴的轴向垂直的外侧,抵接于钻井孔的内壁H,对堵塞器与钻井孔的内壁H进行固定。
卡瓦3只要能够向与芯轴的轴向垂直的外侧移动,并与钻井孔的内壁H相抵接,由此发挥固定堵塞器与钻井孔内壁H之间的功能,就不一定需要与楔块4组合而具备。
在卡瓦3中,为了更加切实地闭塞即密封堵塞器与钻井孔之间的空间,也可以在与钻井孔的内壁H相抵接的抵接部,设置一个以上沟槽、凸部、粗糙面即锯齿等。此外,可以预先将卡瓦3在与芯轴1的轴向垂直的周向上分割为规定数量,如图1所示,也可以不用预先分割规定数量,而是在从沿轴向的一端部朝向另一端部的中途具有结束的切痕,卡瓦3与楔块4组合而具备时,对楔块4施加芯轴1的轴向的力,楔块4进入卡瓦3的下面,由此卡瓦3沿所述切痕及其延长线被切开、分割,接着卡瓦3的各分割片移动到与芯轴1的轴向垂直的外方。
作为本发明的钻井用堵塞器,具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的1对环5、5’,优选为在该1对环5、5’之间,具备至少1个由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件2的钻井用堵塞器。即,根据所述钻井用堵塞器,例如,将卡瓦3,或卡瓦3与楔块4的组合,瞵接于可扩径的环状橡胶构件2而放置,通过这种方式,就会容易对卡瓦3,或卡瓦3与楔块4的组合施加芯轴1的轴向的力。
如图1所示,本发明的钻井用堵塞器能够具备多个卡瓦3与楔块4的组合,即卡瓦3、3’与楔块4、4’的组合,此时,能够以夹住可扩径的环状橡胶部件2的方式邻接而放置,也能够按照其他配置进行放置。本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶构件2时,卡瓦3、3′与楔块4、4′的组合,相对于多个可扩径的环状橡胶构件2的配置能够根据需要适当选择。
〔降解性材料〕
本发明的钻井用堵塞器所具备的卡瓦3,优选为卡瓦3与楔块4的组合,其中,含有具备多个卡瓦3与楔块4的组合时的卡瓦3、3’与楔块4、4’的组合,在卡瓦3的作用下,只要能够将堵塞器固定在钻井上,那么根据期望,卡瓦3和楔块4的其中一个或两个,由降解性材料来形成也可,此外,卡瓦3和楔块4的其中一个或两个,为含有强化材料的复合材料即强化树脂也可。另外,为对降解性材料埋设金属和无机物的构件也可。作为降解性材料或强化材料,能够使用已经说明的材料。
因此,卡瓦3和楔块4的其中一个或两个,由降解性材料形成也可,与以往一样,由含有金属或无机物中的至少一种的材料形成也可。并且,卡瓦3和楔块4的其中一个或两个,由对降解性材料组入金属或无机物的构件,也就是含有降解性材料和金属或无机物中至少一种的材料,即含有降解性材料和金属或无机物的复合材料形成也可。
作为降解性材料和金属或无机物的复合材料即卡瓦3和楔块4的具体例,可列举以下的卡瓦3和楔块4,即,在由以PGA为代表的降解性树脂等降解性材料构成的母材中设置规定形状的凹陷,并嵌入与凹陷的形状一致的金属即金属片等或无机物,再利用粘合剂将它们固定,或利用铁丝、纤维等将金属片或无机物与母材进行卷绕固定,使它们能够维持固定状态。该卡瓦3和楔块4的组合在动作时,会因卡瓦3的母材置于楔块4的上部,而使金属片或无机物与钻井孔的内壁H相抵接,因此能够具有将钻井用堵塞器固定在坑井内的功能。
4.环
如上所述,作为本发明的钻井用堵塞器,具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的1对环5、5’,优选为在该1对环5、5’之间,具备至少1个由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件2的钻井用堵塞器。本发明的钻井用堵塞器,具备放置在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的、至少1个可扩径的环状橡胶构件2,以及至少1个卡瓦3,这样一来,能够在堵塞器与钻井之间进行空间的堵塞和固定。本发明的钻井用堵塞器,还具备所述1对环5、5’,这样一来,1对环5、5’针对放置在与芯轴1的轴向垂直的外周面上的、可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3,能够根据期望借由楔块4,有效率地施加芯轴1的轴向的力。也就是说,一对环5、5’结构为如下:能够在心轴1的外周面上沿心轴1的轴向滑动,彼此之间的间隔即距离能够变更,并且,在沿可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3、3’的芯轴1的轴向的端部上,直接或间接地,例如,借由根据期望所具备的楔块4、4’而抵接,在图1中,作为卡瓦3、3’与楔块4、4’的组合而抵接,这样一来,能够容易地对这些部分施加芯轴1的轴向的力。
至于一对环5、5′中各环的形状及大小,只要能够实现上述功能,则无特别限制,但从针对可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3、3′,根据期望借由楔块4、4′,有效地施加芯轴1的轴向的力这一方面考虑,优选将环的、与这些部分相抵接的一侧的端面形成为平面状。一对环5、5′中的各环,优选为完全包围心轴1外周面的圆环状,也可以在周向上具有切痕或变形部位。此外,也能够制成在周向上分离圆环的形状,根据需要再形成圆环。一对环5、5′中的各环也可通过在轴向上邻接放置多个环,从而形成为宽幅较大的环,即芯轴1的轴向上的长度较大的环。而且,也可称之为,包括有助于针对可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3、3′,根据期望借由楔块4、4′,而有效地施加芯轴1轴向的力的构件,而形成本发明的钻井用堵塞器中的一对环5、5′的环。
一对环5、5′可以具有相同或相似的形状或结构,也可以是不同的形状或结构。例如,一对环5、5′中的各环在心轴1轴向上的长度或外径可以不同。又例如,可以将一对环5、5′中的一个环根据期望构成为无法相对于芯轴1滑动的状态。这种情况下,一对环5、5′中的另一个环在芯轴1的外周面上滑动,与可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3、3′,以及根据期望放置的楔块4、4′的组合沿轴向的端部相抵接。使一对环5、5′中的一个环根据期望处于无法相对于芯轴1滑动的状态的构成并无特别限制,例如可以使芯轴1与一对环5、5′中的一个环形成为一体,这种情况下,相对于芯轴1,该环始终无法滑动,或者采用爪形离合器等离合结构或嵌合结构,这种情况下,可以对相对于芯轴1滑动的状态与无法滑动的状态进行切换。作为芯轴1与一对环5、5’中的一个环形成为一体的钻井用堵塞器,可提供通过一体成型的方法而形成的钻井用堵塞器或通过机械加工的方法形成的钻井用堵塞器。
再者,本发明的钻井用堵塞器可以具备多对环5、5′。这种情况下,也可以将可扩径的环状橡胶构件2以及/或者根据期望放置的卡瓦3、3′,以及根据期望放置的楔块4、4′的组合的、各自的一个以上的构件分别或组合放置在多对环之间的位置上。
〔降解性材料〕
只要1对环5、5’针对所述可扩径的环状橡胶构件2以及/或者卡瓦3,能够根据期望借由楔块4,有效率地施加芯轴1的轴向的力,那么形成该环的材料,就没有特别限制,但是,也可将至少一个环即5或5’,设为由降解性材料形成的构件。作为形成1对环5、5’的至少一个环的降解性材料,可使用与上文中针对芯轴1所说明的相同的降解性材料。因此,形成一对环5、5’中的至少1个的降解性材料优选为降解性树脂,更优选为脂肪族聚酯,进一步优选为聚乙醇酸。此外,降解性材料可以是含有强化材料的,特别是,可以是由含有强化材料的脂肪族聚酯形成的物质。
一对环5、5’两者均由降解性材料形成的情况下,降解性材料的树脂的种类和组成可以相同,也可以不同。一对环5、5’中的一个环由降解性材料形成时,作为形成另一个环的材料,可使用铝、铁等金属或强化树脂等复合材料。
5.钻井用堵塞器
本发明的钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上,以及/或者,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。本发明的钻井用堵塞器,如上所述,可具备与卡瓦3组合的楔块4和1对环5、5’,还有其他通常钻井用堵塞器会具备的构件。例如,芯轴1具有沿轴向的中空部时,可具备放置在中空部且控制流体的流动的球体,其由金属、树脂等材料形成,也可由降解性材料形成。此外,还可具备用来使钻井用堵塞器以及/或者该构件分别与其他构件进行结合或释放的构件,例如抗旋转构件等。本发明的钻井用堵塞器也可以全部由降解性材料形成。
〔钻井孔的闭塞〕
本发明的钻井用堵塞器,例如,通过向1对环5、5’施加芯轴1的轴向的力,来向可扩径的环状橡胶构件2传递芯轴1的轴向的力,其结果是,可扩径的环状橡胶构件2向芯轴1的轴向压缩,伴随着轴向的距离缩小即缩径,可扩径的环状橡胶构件2向与芯轴1的轴向垂直的方向扩径。该环状的橡胶构件2为,通过扩径而在与轴向垂直的方向上的外方部同钻孔的内壁H相抵接,同时与轴向垂直的方向上的内方部同芯轴1的外周面相抵接,能够闭塞即密封堵塞器和钻井孔之间的空间,即进行钻井孔的闭塞。接着,在闭塞即密封堵塞器与钻井孔之间的空间的状态下,能够进行压裂。压裂结束后,可扩径的环状橡胶构件2会在扩径状态下残留在钻井孔内,与卡瓦3、3′以及根据期望具备的4、4’的组合一同存在,因此能够将钻井用堵塞器固定在钻井孔的规定位置。另外,在会使钻井用堵塞器的构件在短时间内降解的高温环境下的钻井内,进行上述闭塞即密封等时,可采用以下的处理方法,即通过从地上注入流体(cooldowninjection)并进行控制,成为钻井用堵塞器的环境温度降低的状态,从而维持所需的时间、密封性能即强度等。
〔钻井用堵塞器的降解〕
本发明的钻井用堵塞器在结束规定各区域的压裂后,通常会结束坑井的开采并完成坑井,在开始石油或天然气等的生产时,可通过生物降解、水解或其他某种方法进行化学降解,至少容易地降解去除心轴1和可扩径的环状橡胶构件2,且根据期望进一步容易地降解去除1对环5、5’。因此,以往为了将坑井完成后残留于井内的大量钻井用堵塞器去除、回收,或者通过破碎、穿孔及其他方法对其进行破坏或实现小片化,需要花费大量的时间和经费,而根据本发明的钻井用堵塞器,则完全不需要,可以削减钻井的经费,缩短工序。另外,钻井处理结束后残留的钻井用堵塞器的构件优选会在开始生产前完全消失,但即使未完全消失,如果成为强度降低并会因钻井中的水流等的刺激而崩解的状态,则崩解后的钻井用堵塞器的构件能够通过流回等容易地进行回收,并且不会在钻井或裂缝产生堵塞,因此不会对石油或天然气等的生产造成影响。此外,通常钻井的温度较高时,能够在短时间内降解钻井用堵塞器的构件或使其强度降低。另外,根据坑井不同,有时地层中的含水量会较低,此时可通过使压裂时使用的水基的流体残留在坑井中,而不是在压裂后进行回收,从而促进钻井用堵塞器的降解。
此外,如果钻井用堵塞器,在钻井处理液中,由降解性材料形成的构件的厚度变为0的时间,与由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件2,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率变为50%以上的时间差,以下,会称为“降解时间差”,在0小时以上2星期以内,优选为例如,在温度163℃、149℃、121℃、93℃、80℃或66℃等频出的各种钻井温度环境下,随着堵塞即密封的解除,钻井用堵塞器的去除和消失,对于形成钻井用堵塞器的很多构件来说,基本上是同时进行的,上述由降解性材料形成的构件,如上所述,除了芯轴1外,还可列举卡瓦3、楔块4或环5中的至少1个等。降解时间差其值变小即可实现缩短工序的时间,从而变得有利,更优选为7天以内,进一步优选为3天以内,特别优选为1天以内,最优选为12小时以内,更进一步优选为6小时以内。为了缩小降解时间差,例如,对于由降解性材料形成的构件,可通过优化降解性材料的选定、降解速度的调整,即使用可使降解加速或降解延迟等的添加剂、构件厚度的调整等方式来应对,对于可扩径的环状橡胶构件2,可通过优化橡胶构件的选定,即橡胶构件的种类和橡胶构件的分子结构以及/或者交联结构等的优化等、降解速度的调整,即使用可使降解加速或降解延迟等的添加剂、构件厚度的调整等方式来应对。此外特别是,由于构件芯轴1由降解性材料形成,可使芯轴1和可扩径的环状橡胶构件2基本上同时消失,因此较佳。而且,在钻井用堵塞器中,将芯轴1和其他主要构件作为由降解性材料形成的构件,将上述降解时间差设为0小时以上2星期以内,这样一来,在经过规定时间之后,几乎全部构件都会消失和崩解,因此更佳。此外,由降解性材料形成的构件的厚度变为0的时间,单位为mm,和可扩径的环状橡胶构件2,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率变为50%以上的时间的测量方法,可依据上文中针对芯轴1和可扩径的环状橡胶构件2进行说明的方法进行。
II.钻井用堵塞器的制造方法
只要能够制造本发明的钻井用堵塞器,即以具备如上所述的芯轴、可扩径的环状橡胶构件、以及卡瓦为特征的钻井用堵塞器,则其制造方法并无限定。例如,可以通过射出成型、挤出成型,其中包含固化挤出成型、离心成型、压缩成型等众所周知的成型方法,成型钻井用堵塞器所具备的各构件,并将所获得的各构件根据需要进行切削加工或穿孔等机械加工,然后利用其自身众所周知的方法进行组合,获得钻井用堵塞器。
III.钻井方法
根据使用本发明的钻井用堵塞器进行钻井孔的封堵处理后,将钻井用堵塞器的部分或全部降解的钻井方法,在结束规定各区域的压裂或结束坑井的开采并完成坑井,开始石油或天然气等的生产时,可通过生物降解、水解或其他某种方法进行化学降解,至少容易地降解去除心轴和闭塞着钻井孔的可扩径的环状橡胶构件,且根据期望进一步容易地降解去除闭塞着钻井孔的卡瓦。其结果是,以往为了将坑井完成后残留于井内的大量钻井用堵塞器和其构件去除、回收,或者通过破碎、穿孔及其他方法对其进行破坏或实现小片化,需要花费大量的时间和经费,而根据本发明的钻井方法,则完全不需要,可以削减钻井的经费,缩短工序。工业上的可利用性
本发明是一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上,以及/或者,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%,因此,能够获得如下的效果,即在高深度化等开采条件日益严格的背景下,能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序,因此工业实用性高。
此外,根据本发明,提供一种钻井方法,其特征在于,使用所述的钻井用堵塞器对钻井孔实施封堵处理后,钻井用堵塞器的部分或全部被降解,因此能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂,并且能够容易地将其去除并确保流道,从而能够削减钻井的经费并缩短工序,因此工业实用性高。
符号说明
1芯轴
2可扩径的环状橡胶构件
3、3′卡瓦
4、4′楔块
5、5′环
H钻井内壁

Claims (23)

1.一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率为5%以上。
2.根据权利要求1所述的钻井用堵塞器,其特征在于,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。
3.一种钻井用堵塞器,其具备:芯轴,和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦,其特征在于,(i)芯轴由降解性材料形成,并且,(ii’)至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度为150℃的水中,浸渍72小时后的质量,相对于浸渍前的质量的减少率为5~100%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,至少1个可扩径的环状橡胶构件,由具有如下降解性的橡胶材料形成,即在温度66℃时的拉伸断裂应变为50%以上,70%应变压缩应力为10MPa以上,且压缩断裂应变为50%以上。
5.根据权利要求4所述的钻井用堵塞器,其特征在于,至少1个可扩径的环状橡胶构件,其硬度在A60~D80的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,至少1个可扩径的环状橡胶构件,在干燥环境下稳定,在温度23℃的水中浸渍6小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍1小时后的50%应变压缩应力的降低率为少于5%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,至少1个可扩径的环状橡胶构件,在温度66℃中,相对于压缩应变5%的压缩应力的,压缩应变70%的压缩应力的比例为5倍以上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,芯轴由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,芯轴在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少少于5mm,在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少10mm以上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,芯轴在温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,芯轴由含有降解性材料的复合材料形成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,具有降解性的橡胶材料,含有选自由聚氨酯橡胶、天然橡胶、异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、脂肪族聚酯橡胶、氯丁橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一种。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,具有降解性的橡胶材料,含有具有水解性的官能基的橡胶。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,具有降解性的橡胶材料,含有具有聚氨酯键、酯键或酰胺键中至少1种键的橡胶。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,具有降解性的橡胶材料,含有选自由聚氨酯橡胶、聚酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一种。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,降解性材料含有脂肪族聚酯。
17.根据权利要求16所述的钻井用堵塞器,其特征在于,脂肪族聚酯为聚乙醇酸。
18.根据权利要求17所述的钻井用堵塞器,其特征在于,聚乙醇酸的重均分子量为180000~300000,并且,在温度270℃、剪切速度122sec-1下测量的熔融粘度为700~2000Pa·s。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,降解性材料和/或具有降解性的橡胶材料,含有强化材料。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,具备以下a)~d)所表示的结构中的至少1种:a)芯轴是以下的任意一个,即,至少在芯轴的一部分上具有沿轴向的中空部,或者,不具有沿轴向的中空部;b)具备多个由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件;c)具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的、至少1个楔块;或者,d)具备设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的1对环,且由至少1种具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件,存在于所述1对环之间。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的钻井用堵塞器,其特征在于,在钻井处理液中,由降解性材料形成的构件的厚度变为0的时间,与由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件,在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50%应变压缩应力,相对于浸渍前的50%应变压缩应力的降低率变为50%以上的时间之差,在0小时以上2个星期以内。
22.根据权利要求21所述的钻井用堵塞器,其特征在于,由降解性材料形成的构件为芯轴。
23.一种钻井方法,其特征在于,使用权利要求1至22中任一项所述的钻井用堵塞器,进行钻井孔的封堵处理后,钻井用堵塞器的部分或全部被降解。
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